天線控制系統(tǒng)在衛(wèi)星地球站的應(yīng)用

拜娟娟

（作者單位：河南省廣播電視發(fā)射臺(tái)）

天線控制系統(tǒng)在衛(wèi)星地球站的應(yīng)用

拜娟娟

（作者單位：河南省廣播電視發(fā)射臺(tái)）

衛(wèi)星地球站中關(guān)鍵設(shè)備之一就是衛(wèi)星發(fā)射天線，河南地球站7.3m和12m衛(wèi)星天線配備的天線控制器為Vertex R BI 7200。本文主介紹天線控制系統(tǒng)的組成、天線跟蹤原理和ACU的基本功能、基本操作及維護(hù)。

天線控制系統(tǒng)；ACU；步進(jìn)跟蹤

衛(wèi)星發(fā)射天線是保障衛(wèi)星地球站完成安全優(yōu)質(zhì)播出工作的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。同步通信衛(wèi)星相對(duì)地球站其位置是幾乎靜止地，河南地球站使用7.3m和12m的大口徑衛(wèi)星天線，這種天線半功率角較小，當(dāng)出現(xiàn)衛(wèi)星飄移或天線指向發(fā)生偏離時(shí)，上行方向的全向輻射值功率值就降低，這會(huì)使衛(wèi)星鏈路的正常傳輸產(chǎn)生異常。地球站必須有一套天線控制系統(tǒng)來確保天線波束中心始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。河南地球站選擇了跟蹤精度穩(wěn)定可靠、性能良好的Vertex RBI系列的天線控制系統(tǒng)。本文介紹了此系統(tǒng)的組成、主要功能及其維護(hù)，重點(diǎn)講述天線跟蹤原理和操作。

1 天線控制系統(tǒng)的組成

天線控制系統(tǒng)（ACS）是由手動(dòng)控制與自動(dòng)控制相結(jié)合的一種天線控制系統(tǒng)，它由7200ACU、Model 7150驅(qū)動(dòng)單元、RSI Model 253跟蹤接收機(jī)和方位（Az）、俯仰（El）、極化位置（Pol position）傳感器組成。該系統(tǒng)能夠進(jìn)行精確定位，使天線束精確地指向衛(wèi)星，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤。將天線的電軸對(duì)準(zhǔn)被觀測的目標(biāo)，跟隨給定的指令位置，跟蹤精度高。

1.1 7200天線控制單元（ACU）

天線控制系統(tǒng)的核心部分是天線控制單元，采用先進(jìn)的數(shù)字控制算法，可對(duì)天線實(shí)施各種控制策略，完成多星跟蹤及多種跟蹤方式等功能；存儲(chǔ)所有軟件和各種參數(shù)。另外，天預(yù)留有RS485/RS-422/RS-232和以太網(wǎng)遠(yuǎn)控接口，以便與監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信。

1.2 天線驅(qū)動(dòng)單元（ADC）

天線驅(qū)動(dòng)柜由邏輯控制電路、環(huán)路控制電路、功率放大器和執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元。天線控制單元對(duì)傳感器送來的位置變化信息進(jìn)行分析和處理，并對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)天線按天線控制單元的指令速度轉(zhuǎn)動(dòng)。跟蹤速度則可以根據(jù)需要在變頻器上設(shè)置。

1.3 位置傳感器

位置傳感器可反映實(shí)時(shí)位置變化信息，根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器軸的位置變化產(chǎn)生變化的正余弦模擬信號(hào)，再通過RDC和相應(yīng)的軟件轉(zhuǎn)換成可以識(shí)別的角度信號(hào)。它的電氣誤差是直接決定衛(wèi)星測控和跟蹤精度的重要因素之一。

2 天線跟蹤衛(wèi)星的原理

信標(biāo)跟蹤接收機(jī)將收到的衛(wèi)星信標(biāo)信號(hào)，用A/D變換將模擬量變換成數(shù)字量，輸出給控制計(jì)算機(jī)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)字信號(hào)判斷模擬信號(hào)的大小，給出天線旋轉(zhuǎn)方向信號(hào)和步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)或旋轉(zhuǎn)速度，以步進(jìn)的方式逐漸接近跟蹤目標(biāo)。

控制計(jì)算機(jī)輸出內(nèi)含有天線轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速信息的數(shù)字信號(hào)，通過D/A交換成模擬信號(hào)，去控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)。來自軸角編碼器的天線位置信號(hào)進(jìn)入控制計(jì)算機(jī)，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。當(dāng)操作人員把軸角數(shù)據(jù)輸入到控制計(jì)算機(jī)后，計(jì)算機(jī)能自動(dòng)驅(qū)動(dòng)天線轉(zhuǎn)動(dòng)到操作人員指定的位置上，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)程序跟蹤，實(shí)現(xiàn)跟蹤功能。

3 7200 ACU的主要功能及基本操作

7200天線控制器（ACU）為用戶提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的天線位置控制方式以及幾種不同的自動(dòng)跟蹤模式。它可保存50個(gè)目標(biāo)的基本數(shù)據(jù)，將每個(gè)目標(biāo)的跟蹤方式、跟蹤信號(hào)頻率、斜率、方位和俯仰等參數(shù)進(jìn)行記錄，這樣能通過調(diào)用目標(biāo)名稱很快將天線對(duì)準(zhǔn)所需目標(biāo)，大大增加了系統(tǒng)使用的便利性。

3.1 7200 ACU的操作界面和主要功能

ACU用戶界面為用戶提供直接的、友好的操作平臺(tái)。包括顯示基本信息（方位、俯仰角），用戶當(dāng)前所選菜單以及菜單下的任務(wù)項(xiàng)，系統(tǒng)故障。若有多種故障信息，將以一秒間隔連續(xù)滾動(dòng)顯示，并伴有聲音告警。

ACU的主要功能：待機(jī)；手控；直接跟蹤；遠(yuǎn)程控制；自檢功能；狀態(tài)控制及故障告警功能。主菜單中主要包括 Return to standby（stop tracking）Function、Tracking function Clear/Correct system faults Function、Set user level （and passwords）、Display system status和Edit system configuration。

3.2 7200 ACU的基本操作

7200 ACU的功能較多，由于同步衛(wèi)星相對(duì)于天線是靜止地，配置完成對(duì)星所需的經(jīng)緯度、俯仰角、方位角之后，通常還可以設(shè)置替他的環(huán)境目標(biāo)，即維修用環(huán)境目標(biāo)。另外，可查閱目標(biāo)信息和工作狀態(tài)。

3.2.1 設(shè)置新增環(huán)境目標(biāo)

由于天線系統(tǒng)極易受到外部天氣的影響，尤其是積雪，會(huì)出現(xiàn)雪衰，造成信號(hào)發(fā)射故障。所以，故可預(yù)先設(shè)置一個(gè)維修目標(biāo)。一旦配置完成，搜尋開始，目標(biāo)名字被跟蹤到就會(huì)顯示出來，大大減少緊急搶修時(shí)的操作時(shí)間。完成此項(xiàng)任務(wù)可以在Main menu 中選擇Edit a New or ExistingTarget Menu菜單項(xiàng)中進(jìn)行操作。

具體的操作過程如下。

1）在Main menu 選中Edit a New or Existing Target Menu，回車，出現(xiàn)目標(biāo)選擇菜單為25空行，可命名新的目標(biāo)名字，例如可設(shè)為“6B”。

2）在Edit selected target菜單中會(huì)出現(xiàn)設(shè)置好的目標(biāo)名稱和其他選項(xiàng)。例如：Tracking mode是默認(rèn)值不變，只需要選擇最后一項(xiàng)Edit target parameters。

3）在Look angle target parameters菜單中輸入方位角和俯仰角的值。然后返回，等返回到Edit a New or Existing Target菜單時(shí)會(huì)出現(xiàn)是否保存的英文問句界面，選擇“Yes”，并回車。到此，添加維修用目標(biāo)就已完成。

3.2.2 查詢設(shè)置目標(biāo)

3.2.2.1 進(jìn)入Step tracking

在主菜單窗口下選擇Tracking function，在此菜單中選擇Immediate tracking，找到Edit immediate target，可以觀察跟蹤方式確為Step track；按PRIOR鍵退回上級(jí)菜單，選中Track immediate target，出現(xiàn)是否保存此操作，選擇Yes，此時(shí)就會(huì)進(jìn)入步進(jìn)跟蹤方式，查詢信息。

3.2.2.2 退出Step tracking

在主菜單（Main menu）或者跟蹤功能菜單窗口下，選擇Return to Standby（Stop tracking）；然后按回車鍵，會(huì)出現(xiàn)確認(rèn)是否保存此操作的界面，選擇Yes再按回車，即完成退出操作。

3.2.2.3 進(jìn)入Manual antenna control

在 主 菜 單 下， 選 中Tracking function，在此菜單中選擇Manual antenna control，進(jìn)入手動(dòng)天線控制窗口，此時(shí)可以用左右箭頭調(diào)整方位角，用上下箭頭天線俯仰角，根據(jù)需要調(diào)整天線的指向；按PRIOR鍵退回上級(jí)菜單或回到主菜單，并保存此操作。

3.3 日常操作工作中的注意事項(xiàng)

由于河南地球站的性質(zhì)，要求衛(wèi)星發(fā)射天線使用同步衛(wèi)星，天線控制系統(tǒng)平時(shí)處于待機(jī)（Standby）狀態(tài)，ACU不能向天線任何軸發(fā)出移動(dòng)命令。AZ和EL馬達(dá)控制器加電，但是不啟動(dòng)。檢修時(shí)采用步進(jìn)跟蹤（Step Track）方式修正發(fā)射天線的AZ/EL，以保持發(fā)射天線的最佳姿態(tài)。

VERTEX 7200設(shè)計(jì)有故障自動(dòng)檢測和指示功能，是一個(gè)由高功率和高集成度電路組成的設(shè)備，保持設(shè)備通風(fēng)和穩(wěn)定的溫、濕度非常重要（10≤C≤20℃，濕度≤60%）。在日常維護(hù)中，注意隨時(shí)清潔設(shè)備通風(fēng)網(wǎng)和灰塵，室外保護(hù)開關(guān)則要注意防水和定期除塵。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)天線控制系統(tǒng)（ACS）組成的剖析、基本操作的歸納以及對(duì)跟蹤原理的分析，使工作人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有了較為清晰地認(rèn)識(shí)。這樣不僅可以提高緊急檢修時(shí)的工作效率，還可以減少誤操作的概率，保障了衛(wèi)星地球站的安全播出。

[1]魏立.衛(wèi)星地面站發(fā)射天線的調(diào)整與跟蹤[J].衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò),2008(Z1).